The discovery of the Early Triassic gabbro rocks of the Duolong accretionary complexes in southern Qiangtang terrane of Tibet and its geological significance
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摘要:
西藏多龙矿集区是班公湖-怒江缝合带北缘在增生楔基础上发育的超大型岛弧斑岩铜金矿床。对多龙增生杂岩中的辉长岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年及主量、微量元素分析和Sr-Nd同位素组成研究, 获得了多龙增生杂岩中辉长岩的成岩时代。由LA-ICP-MS测得的辉长岩锆石206Pb/238U年龄为246.0±1.4Ma, 代表了岩浆的结晶年龄。辉长岩以低钛、富钠、富镁、贫钾、富集轻稀土元素和大离子亲石元素(Ba、U、La、Sr)、亏损高场强元素Nb和Ta为特征, 具有与岛弧玄武岩相似的主量和微量元素组成, 相对于原始地幔具高Sr、低Nd的同位素组成和古老的Nd同位素二阶段模式年龄(TDM2=0.54~0.99Ga), 属于增生楔基础上发育的板内岛弧辉长岩。由此认为, 多龙矿集区早三叠世末岩浆活动很可能是班公湖-怒江洋向北俯冲诱发洋壳物质与岩石圈地幔物质相互作用的结果。该发现和认识为班公湖-怒江洋早三叠世向北俯冲, 提供了重要的岩浆作用证据。
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关键词:
- LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄 /
- 地球化学特征 /
- 岛弧辉长岩 /
- 班公湖-怒江缝合带
Abstract:The outcropped Late Triassic-Jurassic accretionary complexes are located along northern Bangong Co-Nujiang suture zone where a large subduction-type Duolong porphyry copper-gold ore concentration area is developed. Bulk-rock major and trace elements, Sr-Nd isotope and LA-ICP-MS zircon U-Pb data are reported for gabbro rocks sampled from the Duolong accretionary complexes. The 206Pb/238U age of zircon in the gabbro analyzed by LA-ICP-MS is 246.0±1.4Ma, which represents the crystallization age of the magma. Na, Mg, LREE and large ion lithophile elements (Ba, U, La and Sr) are concentrated whereas Ti, K and highfield strength elements (Nb and Ta) are deficient. These characteristics suggest that the geochemistry of the gabbro is similar to that of the island arc type basalt. The isotopic compositions of the Sr and Nd ((87Sr/86Sr)i=0.707605~0.709778, (143Nd/144Nd)i=0.512515~0.512678, and TDM2=0.54~0.99Ga) suggest that gabbro is developed on the arc in an intraplate environment. It is considered that the end of early Triassic igneous activity probably resulted from the northward subduction of the Bangong Co-Nujiang Ocean crust which interacted with the lithospheric mantle material. The discovery and understanding provide the northward subduction of the Bangong Co-Nujiang ocean crust in early Triassic with important evidence of magmatism.
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豫南地区寻找金伯利岩经历了漫长的历史，1983年在华北地台南缘首次发现了金伯利岩出露，岩体呈岩管、岩墙、岩床和岩脉状产出，呈北西西向或近东西方向分布[1-2]。此后虽然对该区金伯利岩进行了研究，发现铬铁矿、镁铝榴石、铬透辉石等金刚石的指示矿物[3-8]②，但当时岩石矿物的测试条件制约了对金刚石指示意义的认识。本次通过电子探针微区化学成分分析，对豫南史庄一带金伯利岩中的石榴子石进行了端元组分计算，根据其主要化学特征对其属性进行了判别，初步探讨了区内金伯利岩中石榴子石和金刚石的关系，确定石榴子石对金刚石的指示意义，为进一步寻找金刚石原生矿提供依据。
1. 地质背景
原生金刚石(金伯利岩中)与古老克拉通(老物质老结构)有密切联系，并与金伯利岩管或岩墙通道有关[9]。华北克拉通具有古老的结晶基底和稳定的沉积盖层双层结构，经历了多阶段的构造演化[10]，基底为新太古界—新元古界一套变质岩系，盖层为古生界—新生界，厚度大且稳定。而研究区位于栾川-明港深大断裂带北侧，华北克拉通南缘(图 1)，栾川-明港断裂规模大，切割深，可构成金伯利岩浆上升的通道，具备形成金刚石所需要的地质构造和保存条件②。
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图 1 豫南史庄一带区域地质构造简图(据参考文献①修改)Figure 1. A sketch of regional geological structure in Shizhuang area, southern Henan Province区内出露地层主要有长城系熊耳群、蓟县系汝阳群、青白口系洛峪群和新元古界栾川群。长城系熊耳群主体为一套高绿片岩相变质的海相中基性—中酸性火山熔岩夹少量火山碎屑岩沉积建造; 蓟县系汝阳群为一套滨海-浅海陆源砂泥质碎屑岩沉积建造; 青白口系洛峪群为一套海陆棚-局限台地相碎屑岩-碳酸盐岩建造; 新元古界栾川群为一套碱性火山岩-碳酸盐岩夹碎屑岩沉积建造。
区内岩浆岩从超基性—基性到中性—酸性岩均有出露，其中新元古代周庄变基性岩、早古生代黄岗杂岩、早白垩世天目山岩体、晚侏罗世金伯利岩等出露广泛。
区内构造线总体呈北西—南东向展布，栾川-明港断裂带为区域地层的分割线，控制了区域主体构造的展布，由多条叠瓦状展布的断裂组成，横切新元古代辉长岩、碱性火山岩，并有燕山期酸性岩侵入，该断裂带具有多期活动，早期为韧性剪切变形，晚期为脆韧性-脆性变形叠加的特点。区内褶皱主要表现为以熊耳群为核部，汝阳群和栾川群为两翼的石滚河褶断带及其次级皱褶，轴面近直立或略向北东倾斜，枢纽倾向北西西或南东，其北翼地层出露完整，与石滚河复向斜的南翼相连，南翼被周庄变基性岩和天目山正长花岗岩体侵吞。
2. 金伯利岩岩石特征
史庄一带金伯利岩分布在早白垩世天目山岩体南东侧外围，主要集中在栾川-明港深大断裂与其次级北东向断裂的交会地段，岩体成群出现，多以岩管、岩脉等形态产出，岩石类型主要有斑状金伯利岩、含角砾金伯利岩和角砾状金伯利岩，岩石普遍遭受了强烈的蛇纹石化、绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化、滑石化、高岭土化、硅化、蒙脱石化等蚀变。
金伯利岩岩石常呈暗灰色、浅灰色、灰绿色，具斑状结构、卵斑结构，基质具隐晶微晶结构，块状构造、岩球状构造。斑晶含量约20%，成分主要为假象橄榄石、橄榄石，次为假象石榴子石、金云母，以及磁铁矿、钛铁矿、铬铁矿、磷灰石、透辉石等矿物，基质以微晶鳞片状蛇纹石为主，次为微晶纤片状、鳞片状黑(金)云母、绿泥石和微细粒、针柱状金属矿物，少量自形粒状磷灰石。此外，岩石中含有2类角砾，一类来源于深部地壳和地幔的捕虏体、捕虏晶，主要成分为纯橄榄岩、石榴辉橄岩、榴辉岩、辉长岩、煌斑岩等; 另一类为围岩角砾，与围岩成分有关，主要成分为片(麻)状二长花岗岩、斜长角闪片岩、白云斜长(二长)片麻岩、大理岩等(图 2)。
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图 2 史庄一带金伯利岩岩石特征a—斑状金伯利岩; b—金伯利岩中的榴辉岩角砾; c—金伯利岩薄片中卵斑结构Figure 2. Kimberlite characteristics in Shizhuang area3. 样品特征
区内石榴子石主要分布在金伯利岩斑晶和地幔捕虏体(晶)中，呈褐红、橙色、橙红、黄褐色，玻璃光泽，无解理，透明，不平坦断口，条痕无色，性脆，高硬度。石榴子石形状多因受熔蚀而呈圆状或次圆状，部分粗大的粒径5~10 mm(图 3)，粗晶石榴子石常呈浑圆状，常见次变边外壳，呈多层同心圆状和放射状，为褐色、暗绿色—黑色，由单斜辉石、斜方辉石、尖晶石、金云母、蛇纹石等组成，被称为次变石榴子石(kelyphite)，为源于地幔的石榴子石从其稳定区迁移出来后发生分解和反应所致。
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图 3 史庄一带金伯利岩中石榴子石特征a—地幔捕虏体中的石榴子石; b—次变石榴子石Figure 3. Garnet characteristics of kimberlite in Shizhuang area4. 样品分析
本次对豫南史庄一带金伯利岩中通过人工重砂样挑选出的40个石榴子石族矿物单晶样品进行了电子探针波谱微区化学成分分析。样品经过处理，去除表面杂质后，制作成标准的透明树脂电子探针靶，并磨抛至矿物露出表面，然后进行微区成分分析。
本次矿物电子探针分析在中国地质调查局天津地质调查中心实验测试室完成，使用仪器为日本津岛公司生产的EPMA-1600型电子探针仪。测试条件为：温度24℃，湿度25%，加速电压15 kV，工作电子束流20 nA，束斑直径5 μm，分析元素范围4Be~92U。
5. 分析结果
5.1 石榴子石端元组分计算
石榴子石矿物族通式为A3B2[SiO4]3，本次石榴子石端元组分计算是在胡蓉提出的计算方法基础上进行了改进[11-12]。首先按阳离子半径大小确定端元组分排序，考虑到铁离子活动性较强，容易从外来物质中带入，故将镁离子和铬离子放在铁离子之前，在此基础上根据区内常见石榴子石分子确定石榴子石端元组计算顺序为：钙铬榴石(Ura)-钙铁榴石(And)-钙铝榴石(Gro)-锰铝榴石(Spe)- 镁铬榴石(Kno)-镁铝榴石(Pyr)-铁铝榴石(Alm)- 镁铁榴石(Rho)-铁榴石(Ski)。分析数据及计算结果见表 1、表 2。
表 1 史庄一带金伯利岩中石榴子石电子探针分析结果及主要阳离子系数Table 1. Electron microprobe analysis of garnet from kimberlite in Shizhuang area and calculation results of main cation coefficients% 样号 2 10 11 14 15 17 18 22 23 26 28 29 30 31 32 33 34 36 37 38 Na2O 0.04 0.11 0.06 0.02 0.05 0.19 0.13 0.06 0.56 0.01 0.01 0.05 0.22 0.22 0.05 0.00 0.01 0.10 0.42 0.06 MgO 7.01 7.25 8.58 11.30 9.02 7.67 8.43 8.66 12.64 14.01 10.62 11.70 12.27 11.98 8.52 8.04 7.78 4.99 9.31 7.88 Al2O3 20.84 21.38 22.11 20.78 13.45 19.33 19.91 21.30 22.19 21.86 21.34 20.82 22.11 21.51 22.07 21.91 17.50 17.91 21.83 21.50 SiO2 38.84 38.76 38.09 39.90 40.66 37.59 37.87 39.42 38.55 41.16 38.50 31.39 39.31 36.52 40.14 39.21 37.80 33.09 38.26 38.36 K2O 0.00 0.04 0.03 0.00 0.01 0.09 0.04 0.03 0.29 0.00 0.00 0.00 0.07 0.01 0.00 0.00 0.00 0.80 0.17 0.03 CaO 6.20 2.18 2.83 0.98 4.52 2.68 1.82 6.17 4.28 1.02 1.03 0.96 1.01 1.04 5.85 5.54 5.20 3.74 1.50 2.38 TiO2 0.11 0.02 0.00 0.00 0.07 0.02 0.02 0.13 0.00 0.03 0.00 0.01 0.01 0.00 0.16 0.08 0.02 0.20 0.01 0.01 Cr2O3 0.00 0.00 0.04 0.00 0.11 0.19 0.10 0.01 0.03 0.02 0.01 0.25 0.08 0.16 0.04 0.05 0.06 0.01 0.02 0.10 MnO 0.58 1.01 0.57 0.68 0.34 0.92 0.97 0.53 0.47 0.79 1.26 0.42 0.53 0.45 0.58 0.57 1.72 0.34 0.46 1.11 Fe2O3 0.20 0.00 0.73 0.00 0.00 1.23 1.88 1.37 7.23 0.00 2.17 9.89 1.11 5.21 0.27 0.19 0.00 0.00 0.87 1.16 FeO 25.35 28.93 25.66 25.01 17.07 25.80 26.29 23.03 14.12 21.47 24.46 14.80 22.06 19.51 24.64 24.93 21.83 17.38 24.32 27.26 总计 99.2 99.7 98.7 98.7 85.3 95.7 97.4 100.7 100.4 100.4 99.4 90.3 98.8 96.6 102.3 100.5 91.9 78.6 97.2 99.8 以12个氧原子为基础的阳离子系数 Mg 0.82 0.84 1.00 1.30 1.20 0.93 1.00 0.98 1.41 1.55 1.22 1.47 1.39 1.40 0.95 0.92 0.97 0.93 1.09 0.91 Al 1.92 1.97 2.03 1.89 1.41 1.85 1.87 1.91 1.95 1.92 1.94 2.07 1.98 1.99 1.95 1.98 1.73 1.87 2.02 1.97 Ca 0.52 0.18 0.24 0.08 0.43 0.23 0.15 0.50 0.34 0.08 0.08 0.09 0.08 0.09 0.47 0.45 0.47 0.39 0.13 0.20 Cr 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 Mn 0.04 0.07 0.04 0.04 0.03 0.06 0.07 0.03 0.03 0.05 0.08 0.03 0.03 0.03 0.04 0.04 0.12 0.03 0.03 0.07 Fe2+ 1.65 1.89 1.67 1.61 1.27 1.75 1.75 1.47 0.88 1.34 1.58 1.04 1.40 1.28 1.55 1.60 1.53 1.72 1.60 1.77 Fe3+ 0.01 0.00 0.04 0.00 0.00 0.08 0.11 0.08 0.41 0.00 0.13 0.63 0.06 0.31 0.02 0.01 0.00 0.00 0.05 0.07 Si 3.03 3.03 2.97 3.07 3.63 3.05 3.02 3.00 2.88 3.06 2.97 2.65 2.99 2.86 3.01 3.00 3.17 3.23 3.00 2.98 总计 7.99 7.98 7.99 8.00 7.99 7.96 7.98 7.98 7.89 8.00 8.00 7.99 7.96 7.97 7.98 7.99 8.00 7.87 7.92 7.99 Na2O 0.18 0.44 0.07 0.05 0.00 0.16 0.15 0.04 0.03 0.06 0.05 0.14 0.06 0.13 0.13 0.09 0.10 0.15 0.01 0.00 MgO 10.16 7.32 7.80 10.85 7.05 8.34 7.22 9.27 9.09 5.95 15.17 7.07 13.83 6.78 10.19 11.61 9.76 10.56 7.69 7.23 Al2O3 19.53 20.32 21.18 21.00 20.69 19.33 20.84 19.89 21.62 18.22 21.64 19.85 22.68 19.69 22.91 22.09 21.64 21.94 21.65 21.18 SiO2 34.64 35.30 37.14 36.04 36.69 36.67 37.34 33.62 38.12 31.44 38.23 34.85 38.56 35.64 39.98 38.35 37.19 37.31 38.24 38.75 K2O 0.05 0.29 0.05 0.04 0.00 0.12 0.07 0.03 0.02 0.03 0.09 0.07 0.03 0.08 0.03 0.06 0.09 0.08 0.01 0.01 CaO 1.32 3.52 2.00 1.91 2.82 4.70 6.33 1.45 1.21 6.16 5.18 6.39 0.67 5.58 2.58 1.23 1.76 1.08 6.29 4.28 TiO2 0.03 0.04 0.02 0.03 0.01 0.05 0.11 0.01 0.00 0.05 0.01 0.08 0.01 0.05 0.00 0.01 0.09 0.00 0.13 0.02 Cr2O3 0.02 0.12 0.06 0.04 0.13 0.05 0.01 0.00 0.04 0.04 0.09 0.00 0.02 0.04 0.06 0.01 0.05 0.00 0.02 0.08 MnO 0.68 0.99 0.47 0.78 0.78 3.04 0.59 0.61 0.83 1.02 0.32 0.48 0.58 0.51 1.17 1.20 1.13 0.16 0.53 0.58 Fe2O3 4.55 6.09 1.88 4.08 1.63 2.17 2.83 4.43 0.00 7.13 0.66 3.14 1.79 1.64 0.00 1.60 2.71 3.28 0.92 0.00 FeO 19.96 20.74 27.02 20.21 26.89 18.82 22.25 20.96 26.41 17.75 11.21 19.59 19.64 22.09 24.43 21.79 23.04 23.33 23.46 27.16 总计 91.1 95.1 97.7 95.0 96.7 93.4 97.7 90.3 97.4 87.8 92.6 91.7 97.9 92.2 101.5 98.0 97.6 97.9 99.0 99.3 以12个氧原子为基础的阳离子系数 Mg 1.27 0.89 0.93 1.30 0.85 1.02 0.85 1.18 1.07 0.79 1.77 0.89 1.57 0.85 1.14 1.34 1.14 1.23 0.89 0.84 Al 1.93 1.95 1.99 1.98 1.97 1.87 1.94 2.00 2.01 1.92 1.99 1.97 2.04 1.94 2.02 2.01 2.00 2.02 1.98 1.95 Ca 0.12 0.31 0.17 0.16 0.24 0.41 0.54 0.13 0.10 0.59 0.43 0.58 0.05 0.50 0.21 0.10 0.15 0.09 0.52 0.36 Cr 0.00 0.01 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 Mn 0.05 0.07 0.03 0.05 0.05 0.21 0.04 0.04 0.06 0.08 0.02 0.03 0.04 0.04 0.07 0.08 0.08 0.01 0.04 0.04 Fe2+ 1.40 1.42 1.80 1.35 1.82 1.29 1.47 1.49 1.74 1.32 0.73 1.38 1.25 1.55 1.53 1.41 1.51 1.52 1.53 1.77 Fe3+ 0.29 0.37 0.11 0.25 0.10 0.13 0.17 0.28 0.00 0.48 0.04 0.20 0.10 0.10 0.00 0.09 0.16 0.19 0.05 0.00 Si 2.91 2.88 2.96 2.89 2.96 3.01 2.95 2.86 3.01 2.80 2.99 2.93 2.94 2.99 3.00 2.96 2.92 2.91 2.97 3.03 总计 7.96 7.90 7.98 7.99 8.00 7.96 7.96 7.99 7.99 7.98 7.98 7.96 7.99 7.97 7.98 7.98 7.97 7.97 7.99 8.00 注：表中FeO、Fe2 O3含量为铁离子电价调整后的含量 表 2 史庄一带金伯利岩中石榴子石矿物端元组分特征Table 2. End-member components of garnet from kimberlite in Shizhuang area% 样号 2 10 11 14 15 17 18 22 23 26 28 29 30 31 32 33 34 36 37 38 Ura \ \ 0.11 \ 0.55 0.63 0.32 0.04 0.09 0.07 0.03 0.95 0.24 0.36 0.13 0.14 0.22 0.04 0.07 0.30 And 0.61 \ 2.19 \ 0.00 3.88 4.90 3.93 12.79 0.00 2.83 2.33 2.59 2.59 0.77 0.56 0.00 0.00 2.70 3.44 Gro 17.32 6.17 5.73 2.86 19.72 3.51 0.00 12.88 0.00 2.76 0.00 0.00 0.00 0.00 15.01 14.52 17.74 15.24 1.66 2.98 Spe 1.32 2.27 1.28 1.56 1.19 2.19 2.20 1.15 1.12 1.72 2.78 1.15 1.18 1.06 1.24 1.24 4.71 1.10 1.08 2.47 Pyr 28.17 28.59 33.88 45.86 56.26 31.95 33.67 32.91 52.87 54.01 41.17 55.88 47.77 50.17 32.24 30.72 37.43 28.39 38.32 30.87 Alm 52.57 62.97 56.82 49.72 22.27 57.86 58.50 49.10 33.14 41.45 53.18 39.68 48.21 45.83 50.58 52.82 39.90 55.52 56.17 59.96 钙组分 17.9 6.2 8.0 2.9 20.3 8.0 5.2 16.8 12.9 2.8 2.9 3.3 2.8 3.0 15.9 15.2 18.0 15.3 4.4 6.7 镁组分 28.17 28.59 33.88 45.86 56.26 31.95 33.67 32.91 52.87 54.01 41.17 55.88 47.77 50.17 32.24 30.72 37.43 28.39 38.32 30.87 铬组分 \ \ 0.11 \ 0.55 0.63 0.32 0.04 0.09 0.07 0.03 0.95 0.24 0.36 0.13 0.14 0.22 0.04 0.07 0.30 样号 39 40 44 46 47 48 50 55 56 60 69 72 78 82 83 84 85 86 87 89 Ura 0.06 0.42 0.18 0.13 0.41 0.15 \ \ 0.13 0.14 0.18 \ 0.05 0.15 0.18 0.04 0.17 \ 0.07 0.26 And 4.12 11.05 5.64 5.58 5.03 6.83 8.73 4.65 0.00 21.02 1.96 10.36 1.83 5.28 0.00 3.45 4.99 3.15 2.72 0.00 Gro 0.00 0.00 0.00 0.00 2.79 7.09 9.79 0.00 3.33 0.00 12.46 9.67 0.00 11.68 6.84 0.00 0.00 0.00 14.82 11.95 Spe 1.70 2.54 1.08 1.84 1.79 7.19 1.37 1.54 1.88 2.77 0.73 1.19 1.28 1.23 2.52 2.69 2.61 0.38 1.18 1.31 Pyr 44.77 33.21 31.63 45.19 28.66 34.74 29.35 41.35 35.99 28.43 59.86 30.84 53.90 28.87 38.57 45.71 39.70 43.07 29.95 28.73 Alm 49.35 52.79 61.46 47.25 61.33 43.98 50.76 52.46 58.67 47.64 24.81 47.93 42.94 52.82 51.88 48.12 52.56 53.38 51.27 57.75 钙组分 4.18 11.47 5.82 5.71 8.23 14.08 18.52 4.65 3.45 21.17 14.60 20.03 1.87 17.10 7.02 3.49 5.16 3.15 17.61 12.21 镁组分 44.77 33.21 31.63 45.19 28.66 34.74 29.35 41.35 35.99 28.43 59.86 30.84 53.90 28.87 38.57 45.71 39.70 43.07 29.95 28.73 铬组分 0.06 0.42 0.18 0.13 0.41 0.15 \ \ 0.13 0.14 0.18 \ 0.05 0.15 0.18 0.04 0.17 \ 0.07 0.26 由计算结果可知，区内石榴子石由铁铝榴石(Alm: 24.8%~61.4%)、镁铝榴石(Pyr: 28.4%~59.8%)、钙铝榴石(Gro: 2.8%~14.8%)、钙铁榴石(And: 1.8%~12.79%)和锰铝榴石(Spe: 1.1%~7.19%)五种端元分子组成。石榴子石中B组阳离子由Al3+、Fe3+、Cr3+等占位，A组阳离子由Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+等占位，其中三价阳离子以Al3+为主，二价阳离子以Ca2+为主，次为Mg2+。部分样品含有钛榴石分子，以及少量钙铬榴石分子，未见镁铬榴石分子，端元组分中镁组分较高，含少量铬组分，表明研究区石榴子石族矿物为铁铝榴石(Alm)-镁铝榴石(Pyr)-钙铝榴石(Gro)系列。
5.2 镁铝榴石主要成分及其类型判别
中国已发现的金伯利岩中镁铝榴石的主要氧化物为SiO2(39.20%~46.74%)、Al2O3(12.80%~23.45%)、Cr2O3(0.16%~12.09%)、FeO(3.99%~13.39%)、MgO(13.86%~22.34%)、CaO(2.80%~10.87%) [13-17]。而研究区镁铝榴石化学成分含量变化范围：SiO2为31.39%~41.42%，平均37.44%;Al2O3为13.44%~22.91%，平均20.70%;Cr2O3为0.01%~0.25%，平均0.07%;FeO为11.21%~28.93%，平均22.27%;MgO为4.99%~15.17%，平均9.26%;CaO为0.67%~6.39%，平均3.18%;TiO2为0.03%~0.20%，平均0.04%。
与国内一般金伯利岩相比，研究区镁铝榴石中MgO、Cr2O3含量较低，FeO和TiO2含量略高，具有含钛低铬富铁的特征。Dawson等[18]根据石榴子石中主要化学成分FeO、MgO、CaO、TiO2、Cr2O3等的含量和来源将其分为12个组(表 3)。根据该分类方案，研究区石榴子石主要类型对应G4、G5型(含钛、钙)镁铝-铁铝榴石(表 3)，其特征与金伯利岩、A组榴辉岩及金刚石包体中的石榴子石特征相似。
表 3 Dawson-Stephens分类石榴子石产状及特征氧化物平均值[18]Table 3. Dawson-Stephens classification garnet production and average value of characteristic oxides% 分组 矿物名称 Cr2O3 MgO TiO2 CaO FeO 产状 G1 钛-镁铝榴石 1.34 20 0.58 4.82 9.32 K, GL, GOW, D G2 高钛-镁铝榴石 0.91 20.3 1.09 4.52 9.84 K G3 钙-镁铝榴石、镁铝榴石 0.3 13.35 0.31 6.51 16.49 K, GL, GOW, EC, D G4 钛、钙、镁-铁铝榴石 0.08 9.87 0.9 9.41 17.88 K, EC, D G5 镁-铁铝榴石 0.03 7.83 0.05 2.44 28.33 K, EC, D G6 镁铝榴石-钙铝榴石-铁铝榴石 0.27 10.38 0.24 14.87 10.77 GP, EC, GR G7 铁-镁-钙铬榴石-钙铝榴石 11.52 8.61 0.29 21.6 5.25 K, GS G8 铁-镁-钙铝榴石 0.04 4.69 0.25 24.77 6.91 GR G9 铬-镁铝榴石 3.47 20.01 0.17 5.17 8.01 K, GL, GOW, GH, EC, D G10 低钙-高铬镁铝榴石 7.73 23.16 0.04 2.13 6.11 K, GS, D G11 钙铬榴石-镁铝榴石 9.55 15.89 0.51 10.27 7.54 K, GL, GWH, D G12 镁铬榴石-钙铬榴石-镁铝榴石 15.94 15.4 0.18 9.51 7.47 K, GS 注：K—金伯利岩; GL—石榴二辉橄榄岩; GH—石榴方辉橄榄岩; GD—石榴纯橄岩; GS—石榴蛇纹岩; GOW—石榴橄榄二辉岩; GP—石榴辉石岩; GWH—石榴易剥橄榄岩; GR—辉榴蓝晶岩; EC—榴辉岩; D—金刚石包体 金伯利岩中的镁铝榴石主要有2个颜色类型，即紫色系列和橙色系列，紫色类型的Cr2O3和MgO含量随颜色的加深而升高，Al2O3和FeO含量随颜色的加深而下降; 橙色类型的Cr2O3和MgO含量低于紫色类型，Al2O3、FeO、CaO含量明显高于紫色类型，在橙色系列中，Cr2O3>1%，Al2O3 < 21%，Cr/(Cr+AL)>1%，且钙铬榴石组分大于4%的为富铬镁铝榴石[19-27]。与山东、辽宁镁铝榴石相比，研究区镁铝榴石缺乏紫色系列，SiO2、MgO、FeO、Al2O3、CaO含量相近，TiO2、Cr2O3含量较低，为含铬的橙色系列镁铝榴石(图 4)。
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图 4 史庄一带镁铝榴石Al2O3 -Cr2O3图解(据参考文献[26]修改)Ⅰ1—金伯利岩中的紫色系列; Ⅰ2—金伯利岩中的橙色系列; Ⅱ1—其他岩类中的紫色系列; Ⅱ2—其他岩类中的橙色系列Figure 4. Al2O3 -Cr2O3 diagram of pyrope in Shizhuang area6. 讨论
6.1 镁铝榴石化学成分特征及其地质意义
在金伯利岩中，镁铝榴石的Cr2O3含量是最重要的标型成分，含镁铬榴石分子和钙铬榴石分子高的(即铬组分高的)富铬镁铝榴石，与金刚石形成所需要的热动力条件(高温高压)相近[28]。与金刚石密切伴生的镁铝榴石中Al2O3与Cr2O3的反消长关系，也有重要标型意义。所以，镁铝榴石中的Cr2O3、Al2O3和CaO含量、镁铬榴石分子、钙铬榴石分子、铬组分是区分金伯利岩与其他岩类及判断金伯利岩含矿性的重要依据和指示剂[27]。
金伯利岩中镁铝榴石Cr2O3的含量变化范围很大(0.01%~12.78%)，在橙色系列中绝大部分镁铝榴石的Cr2O3 < 0.3%，橙红色比橙黄色富Cr2O3，Cr2O3主要分布在含钙铬镁榴石、镁铝榴石和镁铬榴石中，根据金伯利岩含矿性，镁铝榴石的Cr2O3含量由富矿—贫矿—极贫矿—不含矿出现有规律地降低，在橙色系列中依次为2.8%~2.39%~0.55%~0.1%~0.14% [28]。研究区镁铝榴石为橙红色，Cr2O3含量为0.01%~0.25%，处于贫矿到极贫矿的区间。
金伯利岩镁铝榴石中Cr2O3和Al2O3含量呈明显的反消长关系，尤其在紫色系列中负相关关系更明显，这与Cr3+、Al3+具有相同的地球化学形状而呈类质同象替代有关，其他岩类中镁铝榴石Al2O3含量大于21%，而在金伯利岩中大多Al2O3含量小于21%，金伯利岩中Al2O3含量与岩石中金刚石含量呈明显的反消长关系; 金伯利岩中镁铝榴石的CaO为2.80%~10.87%，比其他岩类中的变化范围略大，金伯利岩中橙色系列镁铝榴石的Cr2O3与CaO则有反消长的趋势[29]。研究区镁铝榴石中CaO偏低，Cr2O3与CaO负相关关系明显，部分镁铝榴石Al2O3含量大于21%，为少量围岩中的石榴子石混入所致; 镁铝榴石中Cr2O3和Al2O3的负相关关系表现较弱(图 5)，表明Cr3+和Al3+的类质同象替代有限。
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图 5 史庄一带镁铝榴石中CaO-Cr2O3(a)和Al2O3-Cr2O3(b)关系图Figure 5. Diagrams of CaO-Cr2O3(a)and Al2O3-Cr2O3 (b)for pyrope in Shizhuang areaJamtveit等[30-31]指出，流体温度和盐度的降低、pH值和氧逸度的升高能促进钙铁榴石的形成。富钙石榴子石的出现意味着不利于金刚石生长的环境，这是因为CaO增高、MgO降低和Fe 3+增高，说明岩浆的氧化程度增强，导致金刚石生长减慢甚至停止[32]。研究区石榴子石系列中出现较多的铁铝榴石和钙铝榴石，钙铁榴石组分较少，暗示流体温度的pH值和氧逸度相对稳定，反映研究区金伯利岩是在相对封闭的平衡条件下形成的，指示其温度、pH值、氧逸度和盐度未出现大的扰动。
在Dawson等[18]对石榴子石化学成分的12个组分类的基础上，Gurney等[33]进一步简化了一些变量，对CaO、Cr2O3含量界线作了调整，提高了具“指示”矿物意义的石榴子石比例，总结出了CaO-Cr2O3图解。根据金刚石中镁铝榴石包体的Cr2O3和CaO成分散点图，与金刚石共生的石榴子石可分为橄榄岩型(P型)和榴辉岩型(E型)2种，所有榴辉岩型分布于Cr2O3 < 2%的区域，橄榄岩型石榴子石分布于Cr2O3>2%的区域[34]。研究区石榴子石中Cr2O3 < 2%，CaO含量一般为1%~6%，CaO-Cr2O3成分均落在榴辉岩型(E型)区域，因此研究区石榴子石与榴辉岩型金刚石包体中的石榴子石成分相似，显示出镁铝榴石与榴辉岩型金刚石密切共生的关系(图 6)。
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根据图 7，研究区镁铝榴石分布在A区和B区，未出现在C区，A区为来自地幔, B区为来自地幔捕虏体中的榴辉岩，表明研究区镁铝榴石部分来自地幔，金伯利岩在侵位过程中可能受到围岩同化混染作用，有少量围岩中的石榴子石混入。
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图 7 榴辉岩型石榴子石Ca2+-Mg2+-(Fe2++Mn2+) 离子三角图(据参考文献[35]修改)Figure 7. Ca2+-Mg2+-(Fe2++Mn2+)ion triangle diagram of eclogite garnet6.2 超硅石榴子石特征
人工条件下的实验证明，在超高压条件下各种辉石开始溶入石榴子石，形成辉石-石榴子石固溶体，同时，辉石在石榴子石中的溶解度也随压力的增加而增大[36]。由于石榴子石的Si∶O值为1∶4，而辉石的Si∶O值为1∶3，所以当辉石溶入石榴子石时，部分Si4+替代Al3+、Cr3+、Fe3+等三价阳离子进入八面体位置，从而形成Si(pfu)>3.0的超硅石榴子石，其稳定存在的压力一般大于5 GPa，是典型的超高压成因矿物[37]。
根据表 1计算结果，研究区14号、15号、17号、26号、34号和36号6个样品中，在矿物化学特征以12个氧为单位的结构式中，Si(pfu)>3.5，为超硅石榴子石，其中有2粒为镁铝榴石，4粒为铁铝榴石。超硅石榴子石分子式见表 4。
表 4 史庄一带金伯利岩中超硅石榴子石Table 4. Supersilic garnet of kimberleyite in Shizhuang area样号 超硅石榴子石分子式[SiO4]3 14 (Mg1.30Fe1.61Ca0.08)2.99(Al1.89Si0.07)1.96[SiO4]3 15 (Mg1.20Fe1.27Ca0.43)2.90(Al1.41Si0.63)2.04[SiO4]3 17 (Mg0.93Fe1.75Ca0.23)2.91(Al1.85Si0.05)1.90[SiO4]3 26 (Mg1.55Fe1.34Ca0.08)2.97(Al1.92Si0.06)1.98[SiO4]3 34 (Mg0.97Fe1.53Ca0.47)2.97(Al1.73Si0.17)1.90[SiO4]3 36 (Mg093Fe1.72Ca0.39)3.04(Al1.87Si0.23)2.10[SiO4]3 与上述超高压变质岩和金刚石中包裹体的超硅石榴子石一样，研究区高硅石榴子石具有高镁、低钙的特点，指示该石榴子石可能来源于幔源物质。超硅石榴子石八面体位置中Si的含量随着压力的增大而增加，Song等[38-40]认为，硅在石榴子石中的含量是一个很有潜力的地质压力计。根据Collerson等[38]利用实验岩石学数据总结出计算压力的经验公式：
p(GPa)=−50.7+18.97 N(Si) (1) p(GPa)=23.7−9.06 N(Al+Cr) (2) 式中，P为石榴子石形成时的压力，N为进入石榴子石矿物八面体中的原子数。研究区超硅石榴子石矿物中Si进入八面体的原子数为0.05~0.63，平均为0.21，Al进入八面体的原子数为1.41~1.92，平均为1.78。在八面体中，Al3+占位70%~94%，平均89%，Mg2+占位31%~51%，平均38%，Ca2+占位3%~15%，平均9%，Fe3+占位42%~58%，平均51%，Cr几乎为零，带入公式，可以得到本区压力范围为10.2~10.9 GPa，其对应深度可超过250km，考虑到温度效应，该深度可能会降低，但其深度和压力已经达到金刚石稳定区范围(大于4 GPa) [41-42]。
7. 结论
(1) 研究区石榴子石矿物族化学式中A组阳离子主要为Ca2+、Mg2+、Fe2+和Mn2+等占位，B组阳离子主要由Al3+、Fe3+和少量Cr3+等占位，其中三价阳离子以Al3+为主，二价阳离子以Ca2+为主，其次为Mg2+。石榴子石矿物族由铁铝榴石(24.8%~61.4%)、镁铝榴石(28.4%~59.8%)、钙铁榴石(1.8%~21.0%)、钙铝榴石(2.8%~14.8%)、锰铝榴石(1.1%~7.19%) 5种端元分子组成，含少量钛榴石分子和钙铬榴石分子，为铁铝榴石(Alm)-镁铝榴石(Pyr)-钙铝榴石(Gro)系列。
(2) 研究区石榴子石中MgO、Cr2O3含量较低，FeO含量较高，具有含钛低铬富铁的特征，属G4、G5(含钛、钙)镁铝-铁铝榴石，其特征和金伯利岩榴辉岩及金刚石包体中的石榴子石特征相似。
(3) 研究区镁铝榴石为橙色系列，属于榴辉岩型(E型)石榴子石，与榴辉岩型金刚石包体中的石榴子石成分相似，显示出与榴辉岩型金刚石密切共生的关系。
(4) 研究区见超硅石榴子石矿物，具有高镁、低钙的特点，指示该石榴子石可能来源于幔源物质; 通过超硅石榴子石进行计算，压力范围为10.2~10.9 GPa，其对应深度可超过250 km，深度和压力已经达到金刚石稳定区范围(大于4 GPa)。
致谢: 野外工作得到西藏第五地质队李德军、陈红旗高级工程师等的大力支持和帮助， 中国地质大学刘勇胜教授、 胡兆初教授及郑海涛博士在锆石U-Pb 定年和元素分析实验中提供了大力帮助， 在此一并致谢。 -
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图 1 多龙矿集区三叠纪增生杂岩地质简图
1—早三叠世复理石碎屑岩岩片；2—早三叠世辉长岩岩块；3—早三叠世玄武岩岩块；4—早三叠世安山玄武岩岩块；5—早三叠世硅质岩岩块；6—早三叠世砂岩岩块；7—早白垩世美日切错组火山岩；8—中新统康托组砂砾岩；9—第四系全新统冲洪积物；10—早侏罗世花岗闪长岩；11—早白垩世花岗闪长岩；12—早白垩世花岗闪长斑岩；13—早白垩世花岗斑岩；14—逆冲推覆断层；15—地质界线；16—角度不整合接触界线；17—水系；18—采样位置
Figure 1. Geological sketch map of Triassic accretionary complexes from the Duolong porphyry copper gold ore concentration area
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图 2 多龙增生杂岩中辉长岩锆石CL图像
Figure 2. CL images of zircon in the gabbro of the Duolong accretionary complexes
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图 3 多龙增生杂岩中辉长岩锆石U-Pb谐和图（a）与206Pb/238U年龄图（b）
Figure 3. U-Pb concordia diagram (a) and 206Pb/238U age plot (b) of the zircon in the gabbro of the Duolong accretionary complexes
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图 4 多龙增生杂岩中辉长岩稀土元素配分图（a）和微量元素蛛网图（b）（球粒陨石及原始地幔标准化值据参考文献[8]）
Figure 4. Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle normalized trace elements patterns (b) for gabbro from the Duolongaccretionary complexes
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图 5 多龙增生杂岩中辉长岩源区特征的微量元素判别图解[10]
IAB—岛弧玄武岩；MORB—洋中脊玄武岩；OIB—洋岛玄武岩
Figure 5. La-La/Nb(a) and Nb-Nb/Th(b) diagrams for gabbro from the Duolong accretionary complexes
表 1 多龙增生杂岩中辉长岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb年龄分析数据
Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb dating results of the gabbro from the Duolong accretionary complexes
测点 Pb Th U Th/U 普通铅校正后的同位素比值 普通铅校正后的同位素年龄/Ma /10-6 207Pb/206Pb ±1σ 207Pb/235U ±1σ 206Pb/238U ±1σ 207Pb/206Pb ±1σ 207Pb/235U ±1σ 206Pb/238U ±1σ DHv:年龄加权平均值246.0士1.4Ma(MSWD=1.15, n=22) DHv-01 278 1229 1075 1.14 0.0507 0.0022 0.2694 0.0116 0.0385 0.0004 228 100 242 9 243 3 DHv-02 286 1305 960 1.36 0.0537 0.0023 0.2932 0.0128 0.0394 0.0005 367 98 261 10 249 3 DHv-03 207 942 893 1.05 0.0524 0.0026 0.2725 0.0132 0.0381 0.0005 302 113 245 11 241 3 DHv-04 300 1401 1029 1.36 0.0520 0.0025 0.2815 0.0137 0.0389 0.0005 287 109 252 11 246 3 DHv-05 453 2108 1060 1.99 0.0494 0.0020 0.2675 0.0105 0.0394 0.0004 169 92 241 8 249 3 DHv-06 149 572 683 0.84 0.0557 0.0025 0.3093 0.0137 0.0402 0.0006 439 128 274 11 254 3 DHv-07 142 639 592 1.08 0.0527 0.0034 0.2741 0.0173 0.0381 0.0005 322 146 246 14 241 3 DHv-08 248 1148 881 1.30 0.0557 0.0024 0.2974 0.0122 0.0389 0.0004 443 129 264 10 246 3 DHv-09 160 724 600 1.21 0.0507 0.0034 0.2676 0.0181 0.0378 0.0005 233 157 241 14 239 3 DHv-10 127 553 501 1.10 0.0507 0.0039 0.2693 0.0202 0.0390 0.0005 228 180 242 16 247 3 DHv-11 290 1320 887 1.49 0.0514 0.0028 0.2770 0.0144 0.0393 0.0004 257 124 248 11 248 3 DHv-12 315 1414 1320 1.07 0.0525 0.0020 0.2828 0.0108 0.0388 0.0004 309 87 253 9 246 3 DHv-13 319 1397 1360 1.03 0.0513 0.0021 0.2764 0.0111 0.0390 0.0004 254 96 248 9 247 3 DHv-14 586 2700 1495 1.81 0.0513 0.0018 0.2742 0.0097 0.0384 0.0004 254 80 246 8 243 3 DHv-15 147 701 654 1.07 0.0510 0.0034 0.2672 0.0172 0.0385 0.0006 239 152 240 14 243 3 DHv-16 189 801 784 1.02 0.0513 0.0029 0.2765 0.0161 0.0390 0.0006 254 136 248 13 247 4 DHv-17 157 703 612 1.15 0.0533 0.0030 0.2869 0.0158 0.0391 0.0006 339 126 256 12 248 4 DHv-18 95 414 573 0.72 0.0540 0.0033 0.2915 0.0186 0.0395 0.0006 369 134 260 15 250 4 DHv-19 221 979 1011 0.97 0.0503 0.0025 0.2722 0.0135 0.0389 0.0004 209 108 244 11 246 2 DHv-20 149 620 773 0.80 0.0512 0.0023 0.2768 0.0124 0.0391 0.0005 254 106 248 10 247 3 DHv-21 192 830 820 1.01 0.0519 0.0027 0.2780 0.0140 0.0393 0.0006 283 116 249 11 249 4 DHv-22 83 349 549 0.64 0.0473 0.0028 0.2548 0.0154 0.0390 0.0006 64.9 146.3 230 12 247 4 
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表 2 多龙增生杂岩中辉长岩主量、微量和稀土元素分析结果
Table 2 Bulk rock major, trace elements and REE data of the gabbro from the Duolong accretionary complexes
样号 DHv01 DHv02 DHv03 DHv04 DHv05 DHv06 SiO2 48.63 48.41 47.72 48.59 48.64 49.90 AI2O3 16.01 15.89 15.74 15.86 15.91 16.71 TiO2 1.21 1.22 1.25 1.23 1.18 1.14 Fe2O3 3.26 2.92 4.07 3.07 3.07 1.55 FeO 6.38 6.65 5.58 6.38 6.71 7.43 MnO 0.17 0.16 0.14 0.14 0.24 0.14 MgO 8.03 8.04 7.26 7.19 8.19 7.84 CaO 6.79 6.94 10.05 9.12 6.70 5.30 Na2O 4.27 4.31 3.58 3.88 4.26 4.83 K2O 0.12 0.10 0.07 0.09 0.10 0.16 P2O5 0.13 0.10 0.10 0.11 0.11 0.10 LOI 4.24 4.45 3.77 3.57 4.08 4.02 总量 99.24 99.19 99.33 99.23 99.19 99.12 Mg# 46.30 46.43 43.99 44.02 46.37 47.05 La 4.75 5.10 4.17 4.15 3.57 4.55 Ce 11.2 11.3 9.81 9.96 8.80 9.88 Pr 1.82 1.75 1.61 1.66 1.48 1.67 Nd 8.84 8.51 8.12 8.32 7.49 8.31 Sm 2.74 2.58 2.51 2.60 2.48 2.41 Eu 0.98 0.98 0.97 0.97 0.92 0.94 Gd 3.17 3.18 3.06 3.15 2.97 3.01 Tb 0.56 0.55 0.56 0.57 0.52 0.53 Dy 3.31 3.35 3.34 3.45 3.22 3.17 Ho 0.66 0.68 0.69 0.68 0.65 0.62 Er 1.74 1.73 1.75 1.75 1.69 1.61 Tm 0.27 0.28 0.27 0.28 0.27 0.25 Yb 1.45 1.57 1.57 1.52 1.56 1.34 Lu 0.22 0.21 0.22 0.23 0.22 0.23 ∑REE 59.06 59.31 56.06 57.38 53.11 55.17 ∑Ce/∑Y 1.06 1.04 0.94 0.93 0.87 1.01 LREE/HREE 2.67 2.62 2.37 2.38 2.23 2.58 δEu 1.02 1.04 1.07 1.03 1.03 1.07 Li 35.3 36.1 29.5 33.0 38.3 43.6 Be 0.51 0.53 0.46 0.48 0.54 0.54 Sc 27.7 27.7 29.7 30.2 28.3 25.1 V 254 253 261 267 259 234 Cr 387 400 432 447 404 569 Co 43.2 44.0 41.2 42.0 47.5 43.5 Ni 171 172 125 124 180 184 Cu 154 172 168 170 175 191 Zn 75.2 74.1 67.4 69.0 95.0 114 Ga 16.6 16.7 18.4 17.8 16.8 15.5 Rb 3.94 2.94 2.01 2.42 2.95 5.71 Sr 381 385 258 296 368 328 Zr 57.8 58.9 58.7 59.9 59.1 56.6 Nb 3.21 3.41 3.35 3.42 3.31 3.30 Mo 0.093 0.10 0.18 0.12 0.13 0.092 Sn 0.71 0.73 0.81 0.81 0.71 0.75 Cs 0.54 0.44 0.30 0.44 0.60 0.54 Ba 140 130 62.8 75.8 115 168 Hf 1.74 1.73 1.73 1.73 1.70 1.66 Ta 0.20 0.21 0.21 0.20 0.21 0.20 Tl 0.053 0.029 0.032 0.025 0.031 0.049 Pb 2.52 2.39 1.66 1.52 3.29 23.5 Th 0.62 0.58 0.63 0.61 0.57 0.59 U 0.17 0.16 0.18 0.21 0.15 0.18 注：主量元素含量单位为%，微量和稀土元素为10-6
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